Вискоза

© П.М.В., 2006 — 2014

КОНЕЦ

Главная

Химические вещества

Купить книгу

«Золото из радиодеталей...»

Салфетки из вискозы.

Рис.2.

Вискоза (вискозный прядильный раствор) — это концентрированный раствор ксантогената целлюлозы в разбавленном растворе NаОН. Этот раствор отличается высокой вязкостью и получил свое название от французского слова viscose — вязкий. Цвет чистой вискозы ярко-оранжевый. Иногда вискоза приобретает бурый или зеленоватый цвет (при наличии солей железа и других примесей).

Вискоза применяется для формования (прядения) вискозного волокна, вискозных неволокнистых изделий и для производства искусственной кожи (кирза и другие).

Для формования волокон и неволокнистых изделий применяется вискоза, содержащая обычно от 6, 0 до 9, 0% целлюлозы в виде ксантогената целлюлозы, 5, 5-7, 5% NaOH и около 2, 0-2, 5% связанной серы. Кроме того, в вискозе присутствуют в виде побочных сернистых соединений натрия: тритиокарбонат, сульфид, полисульфиды, сульфит, гипосульфит, пертиосоединения, а также карбонаты, сернистое железо, соли кальция и растворённая гемицеллюлоза. Плотность вискозы 1,12 г/см³ при 20°.

Для получения однородной и стабильной вискозы ксантогенат тщательно перемешивают с раствором щёлочи, растирают комки и непрерывно охлаждают (температура при растворении не должна превышать 10-12°). После приготовления вискозу подвергают 2-4-кратной фильтрации и выдерживанию под вакуумом для удаления находящихся в растворе пузырьков воздуха, что необходимо для нормального прядения. Качество вискозы определяют химическим анализом (содержание целлюлозы, едкого натра, связанной серы, т. н. гамма-число, выражающее степень этерификации), а также по вязкости, зрелости, фильтруемости, прозрачности и реже по способности к прядению.

Вязкость вискозы резко возрастает с увеличением содержания целлюлозы; кроме того, вязкость зависит от степени полимеризации целлюлозы и от содержания едкого натрия в растворе. Вискоза имеет наименьшую вязкость, если соотношение в ней NаОН и целлюлозы равно 0, 9-1, 0. При уменьшении этого соотношения до 0, 7 вязкость вискозы возрастает на 25-40%. Резкое возрастание вязкости вискозы с увеличением концентрации или длины растворённых молекул целлюлозы, а также с изменением соотношения щёлочи и целлюлозы объясняется тем, что вискоза является высокоструктурированной жидкостью, и её вязкость определяется главным образом структурной вязкостью. Структурирование вискозы объясняется наличием межмолекулярных (в основном — водородных) связей между гидроксильными группами растворённых целлюлозных молекул. Повышение степени этерификации, уменьшение степени полимеризации целлюлозы, увеличение концентрации гидроксильных ионов в растворе ослабляют эти взаимодействия, т. е. снижают структурную и общую вязкость вискозы. В том же направлении влияет повышение температуры.

Ксантогенат целлюлозы мало устойчив и в водных растворах постепенно омыляется (гидролизуется). Во время ксантогенирования и последующего хранения ксантогената целлюлозы в растворе происходят параллельно идущие процессы, которые могут быть описаны следующими суммарными химическими уравнениями (см. рис.2).

В вискозе свободный сероуглерод постоянно связывается NаОН и превращается в тритиокарбонат и другие сернистые примеси. Из-за этого происходит т.н. созревание вискозы, т. е. гидролиз ксантогената или отщепление тиокарбонатных групп; степень этерификации при этом уменьшается. Параллельно снижается устойчивость вискозы к действию электролитов. Более «зрелая» вискоза коагулирует (осаждается) под действием меньшего количества электролитов и легче превращается в нить при формовании в осадительной ванне, содержащей заданное количество электролитов. Возраст вискозы или её «зрелость» может быть охарактеризована не только степенью этерификации ксантогената целлюлозы в растворе, но и индексом зрелости, т.е. числом миллилитров раствора электролита, добавленного к вискозе до коагуляции (осаждения ксантогената целлюлозы). Снижение индекса зрелости по мере старения вискозы происходит тем быстрее, чем выше температура, ниже концентрация целлюлозы или меньше взято сероуглерода при ксантогенировании. Большое влияние на созревание вискозы оказывает также соотношение содержания в ней NаОН и целлюлозы. Вискоза наиболее стабильна и зреет медленнее всего, если это соотношение составляет 0, 9-1, 0. Устойчивость вискозы по отношению к действию электролитов определяется прочностью и величиной сольватных оболочек из молекул воды и гидроксильных ионов вокруг гидроксильных групп целлюлозных молекул (вернее молекул ксантогената), находящихся в растворе. С уменьшением числа групп OSSNа (т.е. степени этерификации целлюлозы) или концентрации гидроксильных ионов устойчивость раствора ксантогената целлюлозы снижается, т. к. величина сольватных оболочек зависит от степени этерификации и наличия свободной щёлочи в растворе.

Для достижения зрелости, пригодной для формования вискозного волокна, вискозу выдерживают 20-60 часов при 16-17° в специальном помещении, т. н. вискозном погребе. Для формования целлофана или укупорки для бутылок время созревания вискозы при тех же условиях должно быть увеличено до 90 часов и более, или же должна быть повышена температура в погребе. Созревание вискозы может быть практически прекращено снижением температуры в погребе ниже 8°. Скорость созревания вискозы также может быть снижена добавлением небольших количеств сульфита натрия. Одной из важных характеристик пригодности вискозы для формования волокна или неволокнистых изделий является её способность к прядению, которая зависит от температуры, снижаясь с её возрастанием, от состава вискозы и от её вязкости. С ростом вязкости прядомость вискозы до известного предела возрастает, после чего резко падает.

Для придания волокнам или неволокнистым изделиям из вискозы специально заданных свойств к вискозе часто добавляют вещества, придающие им матовость (матирующие), — пигменты или красители, карбонаты и другие соединения. Для матирования вискозных волокон в вискозу можно вводить вещества, нерастворимые в осадительной ванне и не разлагаемые этой ванной, если эти вещества по показателю преломления сильно отличаются от целлюлозы (1, 5). Обычно для этой цели применяют высокодисперсную (размер частиц не более 1 микрона) двуокись титана, которая отличается химической стойкостью и имеет показатель преломления, равный 2, 6. В зависимости от нужной степени матовости в вискозу добавляют 0, 5-2% TiO₂ от веса целлюлозы. Пигменты, применяемые для крашения вискозных волокон в массе, тоже должны быть стойки к действию кислот и щелочей, и размер их частиц тоже не должен превышать 1 микрон ввиду большой тонины волоконец вискозного шёлка. Кроме того, дисперсность TiO₂ или пигментов должна быть весьма равномерна, т. к. в противном случае вискозное волокно приобретает разные оттенки в окрашенном виде. Для окрашивания можно использовать также водорастворимые красители, если они устойчивы к действию кислот и щелочей.

В отдельных случаях к вискозе добавляют Na₂SO₄ (при производстве вискозной губки), мел или известняк (при производстве пустотелых волокон или изделий), смолы (при производстве водостойких волокон), белковые вещества и другие соединения, придающие готовым изделиям те или иные свойства. Добавление к вискозе специальных модификаторов, являющихся поверхностно-активными веществами (производные аминов, аминофенолов или полиэтиленоксида), облегчает формование вискозного волокна и позволяет получить структурно-однородные волокна повышенной прочности. При введении в вискозу акрилонитрила образуются цианэтиловые эфиры целлюлозы, которые под действием щёлочи омыляются до монокарбоксильных производных целлюлозы. Этим способом можно получить вискозное волокно, растворимое в воде или слабых растворах щёлочи. Такие волокна применяются для создания узорчатых тканей.